బాష్ప పీడనం

థెర్మోడైనమిక్ సంతులనస్థితిలో ఆవిరి కలిగించే పీడనం

ఒక సంవృత వ్యవస్థలో (క్లోజ్‌డ్ సిస్టమ్) ఓ ఉష్ణోగ్రత వద్ద, ఆవిరి దాని ద్రవ, ఘన దశలతో థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్యంలో ఉండగా అది కలిగించే పీడనాన్ని బాష్ప పీడనం అంటారు. దీన్ని సమతౌల్య బాష్ప పీడనం అని కూడా అంటారు. సమతౌల్య బాష్ప పీడనం అనేది ద్రవపు బాష్పీభవన రేటుకు సూచన. ఇది ద్రవం నుండి (లేదా ఘనం నుండి) తప్పించుకునే కణాల ధోరణిని సూచిస్తుంది. సాధారణ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అధిక బాష్ప పీడనం ఉన్న పదార్థాన్ని అస్థిరంగా ఉన్నట్లు సూచిస్తారు. ద్రవ ఉపరితలం పైన ఉన్న బాష్పం, ఆ ద్రవంపై కలగజేసే పీడనాన్ని బాష్ప పీడనం అంటారు. ద్రవపు ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, దాని లోని అణువుల గతిశక్తి కూడా పెరుగుతుంది. అణువుల గతి శక్తి పెరిగేకొద్దీ, ఆవిరిగా మారే అణువుల సంఖ్య కూడా పెరుగుతుంది, తద్వారా బాష్ప పీడనం పెరుగుతుంది.

ద్రవ ఉపరితలం వద్ద బాష్పీభవనం, సంక్షేపణాల సూక్ష్మ ప్రక్రియ.

క్లాసియస్-క్లాపిరాన్ సంబంధం ప్రకారం ఏదైనా పదార్ధం యొక్క బాష్ప పీడనం, ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ సరళరేఖలో పెరగదు. బాష్ప పీడనం, పరిసర వాతావరణ పీడనానికి సమానమైనపుడు ఉన్న ఉష్ణోగ్రతను వాతావరణ పీడనం వద్ద ద్రవం మరిగే స్థానం (సాధారణ మరిగే స్థానం అని కూడా అంటారు) అంటారు. ఉష్ణోగ్రత ఆ స్థాయి కంటే పెరిగినపుడు, బాష్ప పీడనం వాతావరణ పీడనాన్ని అధిగమించి, ద్రవం లోపల ఆవిరి బుడగలు ఏర్పడి ద్రవాన్ని పైకి ఎగదోస్తాయి. ద్రవంలో లోతుకు పోయే కొద్దీ ద్రవ పీడనం వాతావరణ పీడనం కంటే పెరుగుతూ పోతుంది కాబట్టి, లోతుల్లో బుడగలు ఏర్పడాలంటే అధిక ఉష్ణోగ్రత అవసరమౌతుంది. తక్కువ లోతుల వద్ద ముఖ్యంగా అవసరమైనది, తొలి బుడగలు ఏర్పడడానికి అవసరమయ్యే అధిక ఉష్ణోగ్రత. బుడగ గోడకు ఉండే తలతన్యత మొదటగా ఏర్పడే బుడగల్లో అధిక పీడనానికి కారణమౌతుంది.

ఓ మిశ్రమం లోని ఒక భాగం ఆ మిశ్రమపు మొత్తం బాష్ప పీడనంలో కలగజేసే బాష్ప పీడనాన్ని పాక్షిక పీడనం (పార్షియల్ ప్రెషర్) అంటారు. ఉదాహరణకు, సముద్ర మట్టం వద్ద గాలి, 20 °C వద్ద నీటి ఆవిరితో సంతృప్త స్థితిలో ఉన్నపుడు పాక్షికంగా నీరు (2.3 kPa), నైట్రోజన్ (78 kPa), ఆక్సిజన్ (21 kPa), ఆర్గాన్ (0.9 kPa) లు అన్నీ కలిసి మొత్తం 102.2 kPa ప్రామాణిక వాతావరణ పీడనాన్ని కలగజేస్తాయి.

కొలత, యూనిట్లుసవరించు

బాష్ప పీడనాన్ని పీడనం యొక్క ప్రామాణిక యూనిట్లలో కొలుస్తారు. ఇంటర్నేషనల్ సిస్టమ్ ఆఫ్ యూనిట్స్ (SI) ఒత్తిడిని ఫోర్స్/ఏరియా అనే ఉత్పన్నమైన యూనిట్‌గా గుర్తిస్తుంది. పాస్కల్ (Pa) ను దాని ప్రామాణిక యూనిట్‌గా నిర్దేశిస్తుంది. ఒక పాస్కల్ అంటే ఒక న్యూటన్/చదరపు మీటరు (N·m −2 లేదా kg·m −1 ·s −2 ).

1 - 200 kPa మధ్య బాష్ప పీడనాన్ని ప్రయోగాత్మకంగా కొలవడం అనేది సాధారణ పీడనాల కోసం చేసే మామూలు ప్రక్రియ. [1] పదార్ధాల మరిగే బిందువు దగ్గర చేసే కొలతలు అత్యంత ఖచ్చితంగా ఉంటాయి. 1kPa కంటే తక్కువ పీడనాల వద్ద చేసే కొలతల్లో పెద్దయెత్తున లోపాలు ఏర్పడతాయి. కొలిచే పద్ధతుల్లో, పదార్థాన్ని శుద్ధి చేయడం, దాన్ని ఒక పాత్రలో వేరుగా ఉంచడం, ఇతర వాయువులేమైనా ఉంటే వాటిని తొలగించడం, ఆపై వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పాత్ర లోని పదార్ధపు వాయు దశ యొక్క సమతౌల్య ఒత్తిడిని కొలవడం వంటివి ఉంటాయి. మొత్తం పదార్ధమూ, దాని ఆవిరీ సూచించిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉండేలా జాగ్రత్త తీసుకున్నప్పుడు మెరుగైన ఖచ్చితత్వం లభిస్తుంది. ఒక ఐసోటెనిస్కోప్‌ని ఉపయోగించి, కంటైనర్ మొత్తాన్నీ ఏదైనా ద్రవంలో ముంచడం ద్వారా ఇది సాధిస్తారు.

నాడ్సెన్ ఎఫ్యూషన్ సెల్ పద్ధతిని ఉపయోగించి ఘనపదార్థాల అతి తక్కువ బాష్ప పీడనాన్ని కూడా కొలవవచ్చు.

వైద్య రంగంలో, బాష్ప పీడనాన్ని కొన్నిసార్లు మిల్లీమీటర్ల పాదరసం (mmHg) వంటి వేరే యూనిట్లలో చూపిస్తారు. అస్థిరంగా ఉండే మత్తుమందులకు ఇది ముఖ్యమైనది. వీటిలో చాలావరకు శరీర ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవస్థితిలో, సాపేక్షంగా అధిక బాష్ప పీడనంతో ఉంటాయి.

ద్రవాల మరిగే బిందువుకు సంబంధించిసవరించు

 
వివిధ ద్రవాల లాగ్-లిన్ బాష్ప పీడన చార్టు

ద్రవాల మరిగే బిందువులు తగ్గే కొద్దీ, పరిసరాల ఉష్ణోగ్రత వద్ద వాటి బాష్ప పీడనాలు పెరుగుతాయి. బాష్ప పీడన చార్టులో వివిధ రకాల ద్రవాల ఉష్ణోగ్రతలకు, వాటి బాష్ప పీడనాలకూ ఉన్న సంబంధాన్ని చూపుతుంది. ద్రవం సాధారణ మరిగే బిందువు వద్ద, బాష్ప పీడనం ప్రామాణిక వాతావరణ పీడనానికి (1 ఎట్మాస్ఫియర్‌) సమానం. ప్రామాణిక వాతావరణ పీడనం 760 టోర్ లేదా 101.325 kPa లేదా 14.69595 psi కు సమానం.

ఉదాహరణకు, ఈ చార్టులో మిథైల్ క్లోరైడ్ ఏదైనా ఉష్ణోగ్రత వద్ద, మిగతా ద్రవాలన్నిటి కంటే అత్యధిక బాష్ప పీడనాన్ని కలిగి ఉంటుంది. దీని సాధారణ మరిగే బిందువు −24.2 °C (−11.6 °F) వీటన్నిటి లోకీ అత్యంత తక్కువ. అంటే మిథైల్ క్లోరైడ్ (నీలం గీత) యొక్క బాష్ప పీడన వక్రరేఖ, సంపూర్ణ బాష్ప పీడనం (1 atm) యొక్క సమాంతర పీడన రేఖను ఈ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఖండిస్తుంది.

బాష్ప పీడనం, ఉష్ణోగ్రతల మధ్య సంబంధం నాన్-లీనియర్ అయినప్పటికీ, చార్ట్ కొద్దిగా వక్ర రేఖలను ఉత్పత్తి చేయడం కోసం - తద్వారా ఒకే చార్టులో అనేక ద్రవాలను గ్రాఫ్‌లను చూపించేందుకు - ఈ చార్టులో లాగరిథమిక్ నిలువు అక్షాన్ని ఉపయోగించారు. కాబట్టి బాష్ప పీడనం యొక్క సంవర్గమానాన్ని, 1/(T + 230) [2] కి వ్యతిరేకంగా ప్లాట్ చేసినప్పుడు దాదాపు సరళ రేఖ లభిస్తుంది. ఇక్కడ T అనేది డిగ్రీల సెల్సియస్‌లో ఉష్ణోగ్రత. మరిగే బిందువు వద్ద ద్రవం యొక్క బాష్ప పీడనం దాని పరిసర వాతావరణం యొక్క పీడనానికి సమానం.

ఉదాహరణలుసవరించు

కింది పట్టిక వివిధ పదార్థాల బాష్ప పీడనాన్ని (సంపూర్ణ యూనిట్లలో) చూపిస్తుంది.

పదార్ధం బాష్ప పీడనం ఉష్ణోగ్రత
(°C)
(పా) (బార్) (mmHg)
ఆక్టేథిలిన్ గ్లైకాల్ [3] 9.2×10 -8 పే 9.2×10 -13 6.9×10 -10 89.85
గ్లిసరాల్ 0.4 పే 0.000004 0.003 50
పాదరసం 1 పే 0.00001 0.0075 41.85
టంగ్స్టన్ 1 పే 0.00001 0.0075 3203
జినాన్ డిఫ్లోరైడ్ 600 పే 0.006 4.50 25
నీరు (H 2 O) 2.3 kPa 0.023 17.5 20
ప్రొపనాల్ 2.4 kPa 0.024 18.0 20
మిథైల్ ఐసోబ్యూటిల్ కీటోన్ 2.66 kPa 0.0266 19.95 25
ఇథనాల్ 5.83 kPa 0.0583 43.7 20
ఫ్రియాన్ 113 37.9 kPa 0.379 284 20
ఎసిటాల్డిహైడ్ 98.7 kPa 0.987 740 20
బ్యూటేన్ 220 kPa 2.2 1650 20
ఫార్మాల్డిహైడ్ 435.7 kPa 4.357 3268 20
ప్రొపేన్ [4] 997.8 kPa 9.978 7584 26.85
కార్బొనిల్ సల్ఫైడ్ 1.255 MPa 12.55 9412 25
నైట్రస్ ఆక్సైడ్ [5] 5.660 MPa 56.60 42453 25
బొగ్గుపులుసు వాయువు 5.7 MPa 57 42753 20

వాతావరణ శాస్త్రంలోసవరించు

వాతావరణ శాస్త్రంలో, బాష్ప పీడనం అంటే వాతావరణంలోని నీటి ఆవిరి యొక్క పాక్షిక పీడనం అని అర్థం, అది సమతుల్యతలో లేనప్పటికీ. లేదంటే సమతౌల్య బాష్ప పీడనాన్ని పేర్కొంటారు. వాతావరణంలోని నీటి బిందువులు, రేణువుల ఆకారాన్ని, పరిమాణాన్నీ పరిగణనలోకి తీసుకునే సమతౌల్య బాష్ప పీడనం ను చదునైన ఉపరితలంపై నీరు లేదా ఉప్పునీరు యొక్క సమతౌల్య బాష్ప పీడనంనూ వేరు చేసి సూచించడానికి వాతావరణ శాస్త్రవేత్తలు సంతృప్త బాష్ప పీడనం అనే పదాన్ని కూడా ఉపయోగిస్తారు. [6]

ఇవి కూడా చూడండిసవరించు

మూలాలుసవరించు

  1. Růžička, K.; Fulem, M. & Růžička, V. "Vapor Pressure of Organic Compounds. Measurement and Correlation" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2010-12-26. Retrieved 2009-10-18.
  2. Dreisbach, R. R.; Spencer, R. S. (1949). "Infinite Points of Cox Chart Families and dt/dP Values at any Pressure". Industrial and Engineering Chemistry. Vol. 41, no. 1. p. 176. doi:10.1021/ie50469a040.
  3. (8 January 2018). "A reference data set for validating vapor pressure measurement techniques: homologous series of polyethylene glycols". Copernicus Publications.
  4. "Thermophysical Properties Of Fluids II – Methane, Ethane, Propane, Isobutane, And Normal Butane" Archived 2016-12-21 at the Wayback Machine (page 110 of PDF, page 686 of original document), BA Younglove and JF Ely.
  5. "Thermophysical Properties Of Nitrous Oxide" (page 14 of PDF, page 10 of original document), ESDU.
  6. A Brief Tutorial. jhuapl.edu (An article about the definition of equilibrium vapor pressure)